package structure;

import java.util.ArrayDeque;
import java.util.Deque;

public class Sort2 {
    /**
     * 插入排序
     * 时间复杂度：
     *     最坏情况下：O(n^2)
     *     最好情况下：O(n)
     *     结论：当给定的数据 趋于有序时 建议直接使用插入排序
     * 空间复杂度：O(1)
     * 稳定性：稳定
     * @param array
     */
    public static void insertSort(int[] array){
        for(int i = 1;i < array.length;i++){
            int tmp = array[i];
            int j = i - 1;
            for(;j >= 0;j--){
                if(array[j] > tmp){
                    array[j + 1] = array[j];
                }else {
                    break;
                }
            }
            array[j + 1] = tmp;
        }
    }

    /**
     * 希尔排序
     * 时间复杂度：难以计算,大约在(1 ~ 1.6)n^1.25
     * 空间复杂度：O(1)
     * 稳定性：不稳定的
     * @param array
     */
    public static void shellSort(int[] array){
        int len = array.length;
        int gap = len / 2;
        while(gap > 0) {
            for (int i = 0; i < array.length; i++) {
                int temp = array[i];
                int j = i - gap;
                for(;j >= 0;j -= gap){
                    if(array[j] > temp){
                        array[j+gap] = array[j];
                    }else {
                        break;
                    }
                }
                array[j+gap] = temp;
            }
            gap /= 2;
        }
    }
    /**
     * 选择排序
     * 时间复杂度：O(N^2)
     * 空间复杂度：O(1)
     * 稳定性：不稳定的
     * @param array
     */
    public static void selectSort(int[] array) {
        for (int i = 0; i < array.length; i++) {
            int minIndex = i;
            for (int j = i+1; j < array.length; j++) {
                if(array[minIndex] > array[j]) {
                    minIndex = j;
                }
            }
            swap(array,minIndex,i);
        }
    }
    public static void selectSort2(int[] array){
        int left = 0;
        int right = array.length - 1;
        while(left < right){
            int minIndex = left;
            int maxIndex = left;
            for(int i = left + 1;i <= right;i++){
                if(array[minIndex] > array[i]){
                    minIndex = i;
                }
                if(array[maxIndex] < array[i]){
                    maxIndex = i;
                }
            }
            swap(array, left, minIndex);
            if(left == maxIndex){
                maxIndex = minIndex;
            }
            swap(array, right, maxIndex);
            left++;
            right--;
        }
    }

    /**
     * 堆排序
     * 时间复杂度：O(n*logn)
     * 空间复杂度：O(1)
     * 稳定性：不稳定
     * @param array
     */
    public static void heapSort(int[] array){
        createHeap(array);
        int len = array.length;
        for(int i = len - 1;i > 0;i--){
            swap(array,0,i);
            siftDown(array,0,i);
        }
    }
    public static void createHeap(int[] array){
        int index = array.length;
        for(int parent = (index - 1 - 1) / 2;parent >= 0;parent--){
            siftDown(array,parent,index);
        }
    }
    public static void siftDown(int[] array,int parent,int len){
        int child = 2 * parent + 1;
        while(child < len){
            if(child + 1 < len && array[child + 1] > array[child]){
                child = child + 1;
            }
            if(array[child] > array[parent]){
                swap(array,child,parent);
                parent = child;
                child = parent * 2 + 1;
            }else {
                break;
            }
        }
    }
    /**
     * 冒泡排序
     * 时间复杂度：O(n^2)
     * 空间复杂度：O(1)
     * 稳定性：稳定
     */
    public static void bubbleSort(int[] array){
        int len = array.length;
        for(int i = 0;i < len;i++){
            boolean flg = false;
            for(int j = 0;j < len - i - 1;j++){
                if(array[j] > array[j + 1]){
                    swap(array,j,j+1);
                    flg = true;
                }
            }
            if(!flg){
                break;
            }
        }
    }
    /**
     * 快速排序
     * 时间复杂度：O(n*logn)
     *     最坏为O(N^2) 有序/逆序
     * 空间复杂度：
     *     O(logn)
     *     O(N)
     * 稳定性：不稳定
     */
    //挖坑法
    public static void QuickSort(int[] array,int start,int end) {
        if(start < end){
            int tmp = array[start];
            int left = start;
            int right = end;
            while(left < right){
                while(left < right && array[right] >= tmp){
                    right--;
                }
                array[left] = array[right];
                while(left < right && array[left] <= tmp){
                    left++;
                }
                array[right] = array[left];
            }
            int index = left;
            array[index] = tmp;
            QuickSort(array,start,index - 1);
            QuickSort(array,index + 1,end);
        }
    }

    //非递归辅助栈法
    public static void QuickSort2(int[] array){
        int left = 0;
        int right = array.length - 1;
        int par = QuickSortNor(array,left,right);

        Deque<Integer> deque = new ArrayDeque<>();

        if(par > left + 1){
            deque.push(left);
            deque.push(par - 1);
        }
        if(par < right - 1){
            deque.push(par + 1);
            deque.push(right);
        }
        while(!deque.isEmpty()){
            int start = deque.removeLast();
            int end = deque.removeLast();
            int tmp = QuickSortNor(array,start,end);
            if(tmp > start + 1){
                deque.push(start);
                deque.push(tmp - 1);
            }
            if(tmp < end - 1){
                deque.push(tmp + 1);
                deque.push(end);
            }
        }
    }
    //三数取中法
    public static void quickSort(int[] array) {
        quick(array,0,array.length-1);
    }

    public static void quick(int[] array,int start,int end) {
        if(start >= end) {
            return;
        }
        if(end-start+1 <= 10) {
            //采用直接插入排序,把当前区间排序
            insertSortRange(array,start,end);
            return;
        }
        //三数取中
        int index = midNum(array,start,end);
        swap(array,start,index);

        int par = QuickSortNor(array,start,end);

        quick(array,start,par-1);

        quick(array,par+1,end);
    }

    public static void insertSortRange(int[] array,int left,int right) {
        for (int i = left+1; i <= right; i++) {
            int tmp = array[i];
            int j = i-1;
            for (; j >= left; j--) {
                if(array[j] > tmp) {
                    array[j+1] = array[j];
                }else {
                    break;
                }
            }
            array[j+1] = tmp;
        }
    }

    private static int midNum(int[] array, int left, int right) {
        int mid = (left+right)/2;
        if(array[left] < array[right]) {
            if(array[mid] < array[left]) {
                return left;
            }else if(array[mid] > array[right]) {
                return right;
            }else {
                return mid;
            }
        }else {
            if(array[mid] > array[left]) {
                return left;
            }else if(array[mid] < array[right]) {
                return right;
            }else {
                return mid;
            }
        }
    }
    public static int QuickSortNor(int[] array,int left,int right){
        int tmp = array[left];
        while(left < right){
            while(left < right && array[right] >= tmp){
                right--;
            }
            array[left] = array[right];
            while(left < right && array[left] <= tmp){
                left++;
            }
            array[right] = array[left];
        }
        array[left] = tmp;
        return left;
    }

    /**
     * 归并排序
     * (分而治之)
     * @param array
     */
    public static void mergeSort(int[] array){
        int start = 0;
        int end = array.length - 1;
        mergeSortChild(array,start,end);
    }
    public static void mergeSortChild(int[] array,int left,int right){
        if(left == right){
            return;
        }
        int mid = (left + right) / 2;
        mergeSortChild(array,left,mid);
        mergeSortChild(array,mid + 1,right);
        merge(array,left,mid,right);
    }

    private static void merge(int[] array, int left, int mid, int right) {
        int[] arr = new int[right - left + 1];
        int k = 0;
        int Left = left;
        int endLeft = mid;
        int Right = mid + 1;
        int endRight = right;
        while(Left <= endLeft && Right <= endRight){
            if(array[Left] < array[Right]){
                arr[k] = array[Left++];
            }else {
                arr[k] = array[Right++];
            }
            k++;
        }
        for(int i = Left;i <= endLeft;i++){
            arr[k++] = array[i];
        }
        for(int i = Right;i <= endRight;i++){
            arr[k++] = array[i];
        }
        for(int i = 0;i < k;i++){
            array[left++] = arr[i];
        }
    }

    /**
     * 计数排序
     * 时间复杂度O(n)
     * 空间复杂度(可能很大(max - min))
     * 稳定性：稳定
     * @param array
     */
    public static void countingSort(int[] array){
        int max = array[0];
        int min = array[0];
        for(int i = 1;i < array.length;i++){
            if(array[i] > max){
                max = array[i];
            }
            if(array[i] < min){
                min = array[i];
            }
        }
        int[] arr = new int[max - min + 1];
        for(int i = 0;i < array.length;i++){
            int index = array[i] - min;
            arr[index]++;
        }
        int k = 0;
        for(int i = 0;i < arr.length;i++){
            while(arr[i] != 0){
                array[k] = i + min;
                arr[i]--;
                k++;
            }
        }
    }
    private static void swap(int[] array,int i,int j) {
        int tmp = array[i];
        array[i] = array[j];
        array[j] = tmp;
    }
}
